掺银碳化铬基自润滑喷涂材料的制备及表征.pdf

3 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 掺银碳化铬基自润滑喷涂材料的制备及表征 黄新春，冀晓娟，周恒，任先京 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要采用碳化铬、镍铬合金、氟化物和银的复合粉末为原料，通过喷雾干燥烧结、化学镀银的方法制备 了掺银耐磨自润滑涂层材料。对粉末的物理性能及形貌进行分析。结果表明制备的自润滑涂层材料 具有松装密度高，流动性好，银包覆层均匀、致密，有利于减少喷涂过程中的失碳． 关键词碳化硌；自润滑 中图分类号T G l 7 4文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 s o 0 0 3 8 一0 2 P r e p a r i n go fS e I f l u b r i c a t i n gW e a rR e s i s t a n tC o a t i n gw i t hC h r o m i u mC a r b i d e H U A N GX i n c h u n ，j IX i a o - j u a n ，Z H O UH e n g ，R E NX i a n - j i n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ．C h i n a A b s t r a c t S e l f l u b r i c a t i n gw e a rr e s i s t a n tc o a t i n gi sp r e p a r e db yp l a s m as p r a y i n gu s i n gc h r o m i u mc a r b i d e ， n i c k e lc h r o m e ，f l u o r i d e - - m e t a l ，a n ds i l v e rc o m p o s i t em a t e r i a l s ．T h ep r o p e r t ya n dt h em o r p h o l o g yo ft h e p o w d e rw a sa n a l y z e d ． K e y w o r d s C h r o m i u mc a r b i d e S e l f l u b r i c a t i n g 先进航空发动机和燃气轮机设计和制造中采用 的刷式密封是一种接触性密封，在转动部件瞬间大 幅径向位移后可保持密封间隙不变，其泄漏量是蓖 齿密封的1 ／5 至1 ／1 0 ，发动机耗油率降低约2 ％，大 大改善了转动部件的运行稳定性。刷式密封中，刷 毛接触的转子轴表面 跑道 需要喷涂一层高温耐磨 自润滑涂层以保证在高温燃气环境下降低转子轴的 磨损以及减少刷毛的磨损量。 作为应用于刷式密封结构中、转子跑道表面上 的高温自润滑涂层材料，国内外都已经进行了一定 的研究工作。S l i n e y 采用金属氟化物共晶体渗透分 散在多孔的镍铬合金中得到一种高温自润滑涂层材 料 U SP a t e n t3 4 1 9 3 6 3 。随后，美国N A S A 等航空 发动机研究机构对刷式密封用各种材料进行的深入 研究，使刷式密封技术日趋成熟，高温自润滑涂层材 料亦得到了长足发展。 从2 0 世纪7 0 年代开始，英、美等国家许多大型 航空发动机制造厂家 如普惠、G E 、罗一罗公司等 ， 开发了多个系列的磨损涂层材料体系，如氧化物陶 瓷系列、碳化物系列、硬质合金系列等，根据不同使 作者简介黄新春- 1 9 8 1 - - ，男，安徽阜阳人，工程师，硕士． 用温度和条件，选择不同种类的涂层。美国研究开 发了各种配比的自润滑涂层材料，如P S ／P M 2 1 2 系 列等。该类新型高温耐磨自润滑涂层材料的主要特 点之一，是以氟化物作为润滑组成。氟化物 C a F 。、 B a F z 是性能优越的高温润滑材料，将其与其它金 属陶瓷复合使用，是高温中有效的固体润滑剂。由 6 2 ％B a F 一3 8 ％C a F 2 组成的共晶体具有比单纯氟 化物更好的润滑性能。 现在的自润滑涂层材料一般采用机械混合法制 备，所制备的粉末成分分部不均匀，松装密度低，流 动性差，制备的涂层组织不均匀，润滑性能差。为了 克服上述问题，本实验采用喷涂干燥烧结法制备了 核心粉末，采用化学镀法制备了银包覆型自润滑粉 末材料。 1实验 1 ．1 主要原料 N i C r 合金粉末、高纯碳化铬粉末、分析纯C a F 2 和B a F 2 粉末以及硝酸银、水合肼等作为自润滑复 合粉末的制备原料。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年增刊 3 9 1 ．2 粉体制备 采用喷雾干燥一烧结法制备含氟化物镍铬碳化 铬核心粉末，其中B a F 6 ．2 ％～9 ．3 ％，C a F 3 ．8 ％ ～5 ．7 ％，N i9 ％～1 6 ％，C2 ％～7 ％，C r 余量。其 次，调配氧化液及还原液，氧化液 g ／L A g N O a1 0 ～8 0 、N a O H5 ～5 0 、氨水5 ～5 0 ；还原液 g ／L 水合 肼0 ．1 ～1 0 、葡萄糖2 0 ～6 0 0 、酒石酸1 ～1 0 0 、表面 活性剂0 ．2 5 ～5 0 、正丁醇0 ．1 ～5 0 。第三，将第一 步制得的核心粉末加入第二步调配的还原液中，在 不断搅拌下，将氧化液缓慢滴加至还原液中，加热进 行反应；以使银粒子均匀沉积在核心粉末表面，形成 包裹在核心粉末表面上的金属银层；反应结束后，冷 却至室温，倒出上清液，将镀银后的复合粉末洗涤 后，自然干燥，即得到掺银镍铬碳化铬基高温自润滑 涂层材料。 1 ．3 粉体硬涂层的表征 利用J E O LX 一6 5 0 型扫描电子显微镜对粉末 及涂层的形貌进行分析。 2 结果与讨论 2 ．1 粉末物理性能 核心粉末及包覆银后粉末的基本物理性能如表 1 所示。由表1 数据可见，采用喷雾干燥～烧结法 制备的含氟化物镍铬碳化铬核心粉末具有较高的松 装密度和良好的流动性，包覆银后粉末的松装密度 和流动性进一步提高。 表1 粉末的基本物性能 T a b l e1T h ep r o p e r t i e do ft h ep o w d e r 2 ．2 粉体的形貌 图1 a 为核心粉末的S E M 形貌，可以看出采用 喷雾干燥一烧结法制备的核心粉末为球形，且球形 度很好；由图1 b 、1 c 可以看出，镍铬合金分布均匀， 烧结后的粉末内部结构致密，这就大大提高了核心 粉末的流动性及松装密度，流动性好保证了在喷涂 过程中喷枪送粉稳定，以获得质量高的涂层。图 1 d 、1 e 是银包覆后粉末的表面及剖面S E M 形貌，可 见银进入粉末表面的孔洞并最终形成均匀包覆层， 有利于提高粉末的松装密度和流动性及减少喷涂过 程中的失碳。 图l 粉体的形貌 F i g ．1 S E Mm e t a l l o g r a p ho ft h ep o w d e r ．。、． 掺银耐磨自润滑涂层材料。对粉末的物理性能及形 。”心 貌进行分析。结果表明制备的自润滑涂层材料具 采用碳化铬、镍铬合金、氟化物和银的复合粉末有松装密度高，流动性好，银包覆层均匀、致密，有利 为原料，通过喷雾干燥烧结、化学镀银的方法制备了于减少喷涂过程中的失碳。 万方数据